孔祥亮

（華電萊州發(fā)電有限公司 山東煙臺 261400）

1000MW機(jī)組鍋爐壽命管理技術(shù)研究

孔祥亮

（華電萊州發(fā)電有限公司 山東煙臺 261400）

1000MW機(jī)組鍋爐使用的過程中，必須要做好壽命管理工作，這是提升機(jī)組鍋爐使用效果，減少問題的必由之路。本文針對1000MW機(jī)組鍋爐的壽命管理展開分析，探討了壽命管理的具體方法和技術(shù)措施，探討了如何更好的對1000MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行有效管理，提出了具體的對策，希望可以為今后的機(jī)組鍋爐管理和維護(hù)工作提供參考和借鑒。

1000MW機(jī)組；鍋爐；壽命；管理技術(shù)

前言

當(dāng)前，在1000MW機(jī)組鍋爐的使用過程中，依然存在許多的問題，管理方面的問題尤為突出，如果管理不當(dāng)，就很容易出現(xiàn)各方面的問題，因此，我們必須要分析1000MW機(jī)組鍋爐的管理技術(shù)。

1 壽命管理的基礎(chǔ)理論

1.1 壽命管理所具備的材料

想要對機(jī)組實行壽命管理，就必須了解每個部件的使用材料以及各方面的性能。在機(jī)組初級階段的運行中如果要對部件進(jìn)行管理，那么就應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求選取材料數(shù)據(jù)的下限值。當(dāng)機(jī)組在運行一定時間而老化之后，應(yīng)該對部件進(jìn)行合理抽樣檢查，對材料金相及力學(xué)性能進(jìn)行分析。假如直接取樣存在困難，就可以選取與部件材料牌號工藝相同的傳統(tǒng)材料并以此來進(jìn)行試驗。除此之外，還需要考慮其性能隨高溫時間的延長而逐漸劣化的現(xiàn)象。

1.2 部件受力狀態(tài)的計算

對于鍋爐汽包來說，在沒有超標(biāo)缺陷的前提下，應(yīng)該按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗方法或有限元法對下降管處的應(yīng)力進(jìn)行具體分析，其中包含了熱應(yīng)力以及內(nèi)壓應(yīng)力；對于具備超標(biāo)缺陷的汽包而言，使用有限元和解析法對應(yīng)力進(jìn)行計算。除此之外，還需要分析其彎曲應(yīng)力以及焊接殘余應(yīng)力，同時還需要對殘余應(yīng)力進(jìn)行實時檢測，并且還應(yīng)該顧及到筒體角度的變化與焊縫周邊所引起的集中應(yīng)力。

其蒸汽管道是依據(jù)管道在實際中的支吊架情況和相關(guān)的管系設(shè)計、安裝傳統(tǒng)資料進(jìn)行應(yīng)力分析的，應(yīng)找出最大的受力部和應(yīng)力水平。

1.3 預(yù)測壽命方法

其高溫蒸汽管道以及高溫集箱都是以蠕變?yōu)橹饕Х绞降牟考?，在蠕變的第二階段，材料持久性較強(qiáng)的最小二乘法擬合曲線公式則是：蠕變孔洞法是根據(jù)材料的金相組織來決定的，按照蠕變孔洞的構(gòu)成、大小以及密度，并將其分為各個級別，通過判斷材料蠕變損傷的程度，來確定部件壽命的管理。

對于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及汽包來說，他們的失效特點基本為低周疲勞，應(yīng)該實行對低周疲勞壽命的管理。然而對調(diào)峰運行機(jī)組而言，其高溫蒸汽管道以及高溫集箱也同樣需要考慮疲勞問題。

2 超臨界機(jī)組鍋爐的管理控制特點

直流鍋爐—汽機(jī)是一個多輸入多輸出的被控對象，其結(jié)構(gòu)模型可簡化為一個三輸入三輸出系統(tǒng)。輸入為燃料量、汽輪機(jī)調(diào)門開度、給水流量，輸出為機(jī)前壓力、機(jī)組負(fù)荷、分離器出口蒸汽溫度或焓值，這些參數(shù)相互影響，且汽水一次性循環(huán)，這對超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制提出更高要求，具體體現(xiàn)如下。超臨界直流爐汽水沒有固定的分界點，它隨著燃料、給水量及汽機(jī)調(diào)門的變化而遷移，直接影響主汽溫度，導(dǎo)致主汽壓力和負(fù)荷的變化，所以在實際控制過程中對風(fēng)燃比、燃水比及汽溫的控制要求較高，尤其是中間點溫度的控制。直流爐中無汽包，蓄能小，且在外界負(fù)荷變化時汽壓反映很敏感，因此主汽壓力控制較困難。超臨界直流爐中采用直吹式制粉系統(tǒng)，燃料控制有大的遲延性和滯后性，在很大程度上會影響對汽溫、汽壓和負(fù)荷的控制。

3 超超臨界機(jī)組鍋爐壽命管理系統(tǒng)

某電廠超超臨界1000MW機(jī)組于2007年投運，鍋爐由哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)日本三菱重工技術(shù)制造，采用П型布置，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁。主蒸汽參數(shù)為27.56MPa/605℃/603℃在超超臨界機(jī)組鍋爐狀態(tài)監(jiān)測模型、壽命評估模型、材料數(shù)據(jù)庫、氧化皮脫落預(yù)測模型等研究基礎(chǔ)上，結(jié)合某電廠的具體生產(chǎn)管理需求，開發(fā)了超超臨界機(jī)組鍋爐壽命管理系統(tǒng)，實現(xiàn)鍋爐管和鍋爐部件的實時動態(tài)監(jiān)測和管理。

（1）基于電廠現(xiàn)有SIS和MIS平臺設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)；

（2）開發(fā)基于B/S結(jié)構(gòu)的超超臨界機(jī)組鍋爐管壽命管理系統(tǒng)，評估對象包括二級過熱器、三級過熱器、四級過熱器和二級再熱器；

（3）開發(fā)基于B/S結(jié)構(gòu)的超超臨界機(jī)組鍋爐部件壽命管理系統(tǒng)，評估對象包括三級過熱器出口聯(lián)箱、四級過熱器出口聯(lián)箱、二級再熱器出口聯(lián)箱、主蒸汽管道、熱段再熱蒸汽管道。

超超臨界機(jī)組鍋爐壽命管理系統(tǒng)主要包括以下4大功能模塊：

（1）在線狀態(tài)監(jiān)測與評估通過實時獲取高溫部件的溫度、壓力、負(fù)荷等基礎(chǔ)測點數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸等設(shè)計參數(shù)，在線監(jiān)測及評估設(shè)備運行狀態(tài)。其包括超溫風(fēng)險、蠕變損傷與疲勞損傷及當(dāng)量金屬溫度、應(yīng)力的監(jiān)測與管理。

（2）氧化皮脫落風(fēng)險監(jiān)測根據(jù)不同材料氧化規(guī)律，獲取不銹鋼、低合金鋼等材料的氧化統(tǒng)計表達(dá)式，通過鍋爐管內(nèi)壁氧化皮應(yīng)變和壁溫的跟蹤監(jiān)測，實現(xiàn)氧化皮脫落風(fēng)險預(yù)測和異物堵塞風(fēng)險監(jiān)測。其包括：氧化皮（異物）堵塞和氧化皮脫落風(fēng)險預(yù)測。

（3）設(shè)備壽命評估依據(jù)設(shè)備狀態(tài)（溫度、應(yīng)力）的評估結(jié)果，綜合分析設(shè)備氧化、蠕變、疲勞、材料老化等關(guān)鍵因素對壽命的影響，預(yù)測設(shè)備殘余壽命。其包括：氧化壽命、蠕變壽命和疲勞壽命預(yù)測與管理，管排殘余壽命概率分布曲線和爐管殘余壽命報警及統(tǒng)計。

（4）設(shè)備信息管理對高溫設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、運行、檢驗、維修、經(jīng)濟(jì)性等方面的信息進(jìn)行管理，提供設(shè)備綜合風(fēng)險預(yù)測結(jié)果，提供檢驗與維修決策建議。其包括失效風(fēng)險預(yù)測與管理，失效原因分析與統(tǒng)計，結(jié)構(gòu)、測點信息管理，維修、更換及檢驗建議。

4 結(jié)束語

綜上所述，1000MW機(jī)組鍋爐壽命管理工作極為重要，這關(guān)乎1000MW機(jī)組鍋爐的管理水平和管理質(zhì)量，因此，一定要對1000MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行更加深入的探討，在今后的工作中不斷總結(jié)。

[1]陸云，徐俊，段鵬，等.300MW機(jī)組鍋爐部件壽命管理系統(tǒng)[J].華東電力，2012，33（10）.

[2]史進(jìn)淵，施俊，楊宇，等.4臺300MW火電機(jī)組壽命管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].動力工程學(xué)報，2015，30（6）.

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